速博思全彩新方案 電子紙新康莊大道

如同各位所知，先前五期，我們不厭其詳提出並分享速博思在全彩電子紙取得的新思維、新發明、新專利、新技術，整合這些新成果，速博思實際上已經成功為大家新建一條直通全彩電子紙的康莊大道。

我們替產業後進入者，掃除技術與專利障礙，對症下藥：解決畫面閃爍、殘影、色彩不準、亮度不足、飽和度不夠與生產困難等核心問題；也進一步讓畫面更新速度加快、讓全彩電子紙的色彩更鮮麗，消弭來自顧客端的痛點，讓全彩電子紙普及推廣指日可待。

速博思取得的新專利群，已經排除既有專利束縛；速博思倡議的新工法，不必在設備投資上，動用大筆資本支出。特別是對面板廠來說，應用既有顯示面板製程馬上就可量產，大幅降低進入門檻與經營風險。

如同上期結語帶出的承諾，坐而言不如起而行，本期將以實際行動結合先前講過的概念知識，把這些所知（knowledge）與速博思所行得來的經驗知識（knowing）相結合，隨著速博思團隊在知行合一的基礎上，出入全彩電子紙的世界。

本期因為有很多所行經驗被紀錄下來成為隱性知識型的訣竅（know how），故本期有很多標準操作程序（SOP）一步一步的紀錄並引導各位加入設計製作行列。

也有許多新發明是速博思在經驗思維設計的過程時碰到的困難，但這些困難後來都被收服變成新發明，例如:微卡榫、使用A-Si製程設計GOA電路(Gate on Array)等。

本文從微卡榫搭配微隔間的需要與必要說起，在知無不言的前提下，完整分享全彩電子紙的設計製作結構與工序。

在提供大方向梗概後，細部設計有待日後接續展開專題說明。因為細節中還有許多規範與注意事項，稍有疏忽就會前功盡棄，必須藉由每期專題說明。

最後，預告下期速博思將為大家說明，如何製作全球首創的雙面顯示全彩電子紙，敬請期待。

微卡榫搭配微隔間 完美組合 

速博思全彩電子紙的新方案，結構中會導入新發明的微卡榫，微隔間搭配微卡榫是完美的組合，其目的可以把兩片基板在不用光學膠貼合的條件下，透過大氣壓力緊緊地固定在一起，請參考圖6-1的結構。

真空裝填電子墨水進入微隔間凹槽內，在顯示區域外的四周塗上框膠，再把有微卡榫結構的共同電極玻璃基板，對位貼合Array基板。微卡榫可以把電子墨水擠入凹槽內並填滿凹槽。

卡入凹槽的微卡榫可以阻擋電子墨水，透過壓合面的空隙流動；也可阻擋空氣進入微隔間的凹槽，使兩片基板不會因有空氣滲入而剝離。如此可以強化結構穩定性，還可簡化生產流程，更符合面板廠現有的生產設備。

生產流程 標準操作程序

從一開始在Array玻璃上建置驅動電路與控制電極層，生產流程總共有12步驟，藉此我們將隱性知識透過逐步說明的方式，形成訣竅（know how）分享出來，如下:

1. 在Array玻璃上建置驅動電路與控制電極層。
2. 將Array玻璃送至彩色濾光片廠做二次工程。
3. 彩色濾光片廠在Array玻璃上製作3道顏色的濾光光阻。
4. 於間隙層製程時製作7um的微隔間結構。
5. 面板廠製作帶有微卡榫的共用電極的玻璃基板，在基板上塗布金屬層後塗佈絕緣層，最後用PLN製程製作微卡榫。
6. 面板廠將二次加工後帶有微隔間與彩色濾光片的Array控制基板噴塗電子墨水後於顯示區四周塗上框膠。
7. 將帶有微卡榫的共同電極基板與Array控制基板對位貼合。
8. 上述的噴塗電子墨水與貼合共同基板都在真空的條件下進行。
9. 完成後在大氣壓力的條件下靜置一段時間，等大氣壓力把電子墨水完整的擠入微隔間的凹槽內。
10. 固化框膠。
11. 大版切割成小片。
12. 在切割後的小片使用COG方式貼合驅動IC，再用熱壓合FPC後完成全彩電子紙模組。

FPC上包含MCU與觸控IC以及被動元件，Gate driver在Array控制基板上用A-Si TFT製作成GOA電路，所以，不需要額外的Gate驅動IC。

圖6-2，我們以2K解析度作為範例，其中，規劃1920條Gate line；1080條Data line。設計上將畫面分為上、下兩區的子畫面（1920 X 540），兩個子畫面合併為完整的1920 X 1080畫面。

每個子畫面分別有自己的GOA電路與 Drive ASIC做為顯示的驅動用，兩個Drive ASIC合併連接到FPC上的MCU與觸控IC。

A-Si製程 設計GOA電路

 使用A-Si製程設計GOA電路(Gate on Array)為速博思的另一發明，將在後續的篇幅為大家詳細介紹。由於A-Si的電晶體通常只有NMOS，沒有CMOS的結構且導通電阻以10M歐姆為單位，在設計GOA電路時會很困難。

尤其，在電子紙的控制上，由於驅動時間比LCD長(LCD畫面更新快；電子紙畫面更新慢)使用電容暫存的方案設計GOA電路會因漏電流或是驅動RC問題而失敗。

此外，驅動電子紙需要更多的彈性，複雜度遠高於LCD，更不利GOA電路設計，目前，還沒有成功的案例。

不過這些難題都被速博思團隊克服，讓使用A-Si製程的電子紙可以使用GOA電路，以簡化目前方案中的驅動IC數量與窄邊寬需求所搭配的高成本方案，例如：COF方案等。

Drive ASIC 規格 

1. 具有大於540條Data line的輸出線(觸控操作時為輸入線)，建議設計640條Data line可做為日後擴充需求。
2. 可以控制大於1920條GOA電路的控制訊號線。
3. 1920條與Gate line平行的共同電極線，每48條連接再一起，成為40條的共同電極線連接進入Drive ASIC，預備作為觸控的驅動電極(Tx)。
4. 使用OCTAL SPI transfer 高速介面與MCU通訊(接收來自MCU的命令與影像資料)。
5. 內部自行產生+/-18V的驅動用電源。
6. 每顆Drive ASIC輸出40條觸控驅動電極與10條觸控讀取電極，兩顆的40條觸控驅動電路可以連接在一起，成為共同的40條觸控驅動電極，兩顆的各10條觸控讀取電極合併成20條的觸控讀取電極，並將40條的觸控驅動電極與20條的觸控讀取電極經由FPC送至觸控IC。
7. MCU可以使用SPI下命令給Drive ASIC 控制GOA電路的輸出。
8. GOA電路具有全開、全關、部分Gate line 開啟、單一Gate line 開啟等多種功能。
9. 具有省電模式等待模式(Standby mode)，睡眠模式(Sleep mode) 功能
10. 顯示模式與觸控模式可以用SPI下命令互相切換。

MCU介紹 

1. MCU透過 SPI 介面控制操作2顆Drive ASIC做顯示畫面或是觸控操作。
2. MCU 透過USB2.0以上的介面與主CPU通訊，接收顯示畫面資料或是回報觸控座標。
3. MCU 透過 SPI 、 I2C 、 UART介面與觸控IC通訊，控制觸控IC完成觸控感測的任務。
4. MCU建議具有512K bytes的 SRAM儲存影像資料，512Kbytes 以上的Flash。
5. MCU具備溫度感測Sensor，做為溫度補償時調整驅動畫面顯示的依據。

觸控IC

1. 電容式觸控。
2. 支援主動式筆寫功能。
3. 驅動channel(Tx) 數量大於40，接收 channel(Rx) 數量大於20條。
4. 能支援LCD內嵌式觸控的IC尤佳。

第一段面板製程

採用在平坦層PLN上製作Cs儲存電容的兩個電極(控制電極 Pixel與相對電極 Vcom)，完成後送至彩色濾光廠做二次加工，在控制電極上方可以再做一層絕緣層作保護。

彩色濾光廠二次加工

速博思採取2條Data line 一組與2條 Gate line 一組的作法，並把控制2X2像素的電晶體聚集在一起，原因在於可以增厚微隔間的壁面也方便Layout布局。

上述設計，中間的4格為4個控制電極，相當於一個彩色像素(包含4個子像素)，每個子像素採用300DPI的設計(85umX85um)，開口率可達88%。

其餘沒繪出濾光色塊的部分，目的在清楚標示單一彩色像素，實際上濾光色塊是要鋪滿整個顯示區域的。

製作完成彩色濾光色塊後，再製作微隔間。圖6-7中的微隔間，黃色區域，牆厚10um，微隔間內空間的大小為 160um長X160um寬X7um深。

規格接近於現有的微杯結構，裝填電子墨水比較容易；同時，10um的微隔間牆厚、使用硬度3H-5H的光阻材料，非常堅固不易磨損與破裂。

上述說明已把設計製作的結構與工序大致解釋清楚，細部設計還有許多規範與注意事項，魔鬼藏在細節裡，稍有疏忽就會前功盡棄。

下期，我們將為大家說明如何製作全球首創的雙面顯示全彩電子紙，敬請期待。(速博思全彩電子紙專利新知系列：15-6，每週三刊出)。

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